Fysikern Fatima Ebrahimi vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har för första gången använt avancerade modeller för att exakt simulera nyckelegenskaper för det cykliska beteendet hos kantlokaliserade lägen (ELM), en särskild typ av plasmainstabilitet. Resultaten kan hjälpa fysiker att mer fullständigt förstå plasmaets beteende, den heta, laddad gas som driver fusionsreaktioner i munkformade fusionsanläggningar som kallas tokamaker, och mer pålitligt producera plasma för fusionsreaktioner. Resultaten kan också ge insikt i soluppblåsningar, utbrott av enorma plasmamassor från solens yta ut i rymden.

Ebrahimi, som rapporterade arbetet i maj i en artikel med titeln, "Olinjära återanslutande kantlokaliserade lägen i strömbärande plasma" i journalen Plasmas fysik , uppnådde resultaten genom olinjär simulering av instabiliteten. "Denna forskning både reproducerar och förklarar det burst-liknande, eller kvasi-periodisk, ELMS beteende, "sa Ebrahimi." Om det förekommer i stora tokamaker i framtiden, dessa utbrott kan skada några av maskinens interna komponenter. Att förstå dem kan hjälpa forskare att förhindra den skadan. "

ELM uppträder runt ytterkanten av hög inneslutning, eller H-läge, plasma på grund av starka kantströmmar. Ebrahimi använde en datorsimuleringskod som kallas NIMROD för att visa hur ELM går igenom en upprepad cykel där de bildas, utveckla, och försvinna.

Modellen visar att ELM:er kan bildas när en kraftig gradient av ström existerar vid plasmakanten. Gradienten utvecklas när plasman rör sig plötsligt uppåt eller nedåt, skapa en bula i strömmen och bilda ett kantströmark. Instabiliteten bildar sedan ett strömbärande glödtråd som rör sig runt tokamak, producerar elektriska fält som stör de strömmar som fick ELM:erna att bildas. Med de ursprungliga strömmarna störda, ELM dör. "På ett sätt, "Sa Ebrahimi, "en ELM eliminerar sin egen källa - raderar bulten på kantströmmen - av egen rörelse."

Ebrahimis resultat överensstämmer med observationer av cykliskt beteende hos ELM i tokamaks runt om i världen. Dessa inkluderar Pegasus, en liten sfärisk anordning vid University of Wisconsin; Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) i Storbritannien; och National Spherical Torus Experiment (NSTX), flaggskeppsanläggningen på PPPL före den senaste uppgraderingen. Forskningen kan också förbättra förståelsen för solutbrott, som åtföljs av trådstrukturer liknande de som produceras av ELM. Hennes nästa steg kommer att innebära att undersöka effekterna av skillnader i plasmatryck på det cykliska beteendet hos ELM.